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作者:光电工研院
工研闪报 | 疫情加速深紫外LED产业成长步伐 便携式消毒专利数量快速增长
2020-04-28

体积小、效率高、寿命长,照射数十秒,便能杀灭99.99%的病原体,仅仅是拇指盖大小的芯片模组,发出的紫外光甚至强于其数十倍体积的汞灯。


新型冠状病毒肺炎疫情发生以来,深紫外LED产品作为一种有效的消毒防护手段,从“幕后”走向“台前”,新的应用场景不断涌现,产业成长步伐悄然加快。


全球厂商加速布局

便携式紫外消毒专利



梳理一年来紫外LED杀菌消毒领域相关专利,不难发现,国内外厂商正加速以便携式电子消毒产品为代表的深紫外LED杀菌产品专利布局。


去年底,全球著名UV LED研发企业Seoul Viosys公开了一种可以随身携带,直接安装在汽车杯架上的紧凑型空气净化器,仅用5至15V电压、250mA左右电流即可驱动[1]


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左图光催化过滤器80和UVLED灯珠基板位置排列,右图为光催化过滤器正面图


产品巧妙地将涂抹有TiO2陶瓷方格(基底)的光催化过滤器,与基板上的UV LED灯珠正面相对,并将灰尘收集过滤器直接设置在光催化过滤器上方,一方面保证了空气净化器整体结构紧凑。


另一方面,在此种情况下,当光源发出的紫外光照射到TiO2上,两者的光催化反应将从过滤器正面或靠近正面的表面发生,从而提高其降解有毒气体的效率。


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左图90为灰尘收集过滤器,80为光催化过滤器,右图为空气净化器整体图


此外,位于下方的UV LED灯珠发出的紫外光,还能直接辐照到灰尘收集过滤器上,借此杀死由灰尘收集过滤器过滤到的微生物和病菌。使得杀菌效率显著高于紫外光仅辐照空气流的情况下的杀菌效率。


事实上,专注于便携式UV LED消毒装置布局的不止于国外龙头。


早在去年年初,国内UV LED知名厂商钰创合成就发明了一种能够随身携带的消毒盖,用于水杯、餐盘等消毒杀菌[2]

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专利精心设计了一种消毒开关结构,以克服产品使用时的紫外线泄露问题。即当用户抬起消毒盖时,设置在消毒盖与电路板之间的滚珠会因抬角增大而滚向另一侧,进而控制电路板停止消毒工作。


在国内疫情中心武汉,芯片创企华引芯 同样推出了多款便携式深紫外杀菌产品,其紫外线多功能消毒包,兼具收纳和消毒功能,30秒杀菌率达到99.99%。其便携式多场景空气消毒灯则适用于卫生间、家居一角、汽车等,能快速进行空气消毒净化。


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便携式紫外LED消毒专利申请地域分布图


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便携式紫外LED消毒专利申请趋势图(2001-2020)


据Incopat数据库数据,近年来,便携式UV LED消毒装置相关专利集中分布在中国、韩国、美国、世界知识产权组织及日本等地。从2001年起的专利申请情况来看,近几年便携式UV LED消毒专利申请量呈现快速增长趋势。


疫情暴发揭开UVC LED

技术产业化冰山一角



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经过Violeds照射后的新型冠状病毒(来源:Seoul Viosys)


4月2日,韩国Seoul Viosys与美国SETi宣布Violeds UV LED技术成功在30秒内杀死99.9%的新型冠状病毒(COVID-19),并表示将很快提供高效的空气冠状病毒杀菌解决方案以及口罩和智能手机等产品表面杀菌方案。

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照射时间及病毒杀菌率 (Violeds光源与病毒之间的距离为3cm)(来源:Seoul Viosys)


经此一疫,以技术驱动为核心的深紫外LED产业逐步由“幕后”走向“台前”。


《长治市第三代半导体紫外LED产业发展规划》指出,UV LED技术目前已基本实现从实验室向工厂的转移,上中游量化生产完成突破,下游应用环节的某些领域产业化技术也进入实现阶段,其全产业链规模化量产技术将全面成熟。


技术突破令UVC LED产业化可期,近年来入局厂商不在少数。


欧司朗与HexaTech签署战略协议,助力其UVC LED器件开发;日本德山将深紫外LED外延生产线及专利售予斯坦利电气;丰田合成采购新设备,加码蓝光与UVC LED的开发;台塑化投资2.1亿新台币与日机装设立合资公司,共同开发UV LED杀菌消毒产品;台湾光鋐与研晶建立合资品牌Bioraytron,进军杀菌UVC LED市场。


美国 SETi、C-crystal、RayVi,韩国LG,日本Nikkiso、Asahi Kasei、Tokuyama,中国大陆圆融光电(收购青岛杰生)、中科优唯、优炜星,台湾地区錼创等企业更是动作不断、加快抢位。


有研报预测,未来几年,随着UV LED芯片良率提高及器件、应用等技术成熟,紫外LED光源成本和采用紫外LED应用系统的单位功率成本将呈线性下滑,从而进入市场开拓的“甜蜜点”,带动整个产业从导入期逐步进入成长期。


深紫外净化消毒应用

或将开辟新蓝海



这是一种半永久性功能性口罩,将UVC-LED芯片插入口罩侧面的通风口,就能对进入的空气进行灭菌……当你还在为买不到口罩费神时,韩国LED制造商Semicon Light已于3月18日宣布与中美两国的专利持有人签署联合开发协议,一款使用其UVC LED技术开发的消毒口罩正走向现实。


疫情发生以来,人民健康意识加速觉醒,深紫外LED产品逐渐走进大众视野,消毒杀菌领域的细分应用场景和产品设计方向得到开发。


台湾精元电脑股份有限公司将紫外技术应用到键盘杀菌中,其在键盘基板上设置多个UV光杀菌装置,由一个连接了计算机的控制单元控制,可在电脑休眠时接收电信号,通过自带电池开启消杀模式[3]

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整个键盘设置有隔板、弧形反光层等组件,光杀菌装置产生的紫外光,经过设置有向上贯穿孔的隔板,再经弧形反光层反射,就能而往上方开口方向水平射出,进而实现整个键盘内部杀菌。同时,在光杀菌装置壳体的水平方向亦可设置紫外光射出口。

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佛山市大一科技有限公司针对紫外LED灯充电宝发力,利用充电宝蓄、充电特点,该充电宝将内部蓄电池与紫外LED灯连接,打开外围消毒开关,该充电宝就可以对餐具、枕头等物品进行外表面杀菌[4]


深紫科技则通过在垃圾桶顶部集成深紫外UVC LED灯,对垃圾、垃圾桶、桶内空气进行净化杀菌。半小时实现垃圾桶内壁照射区域99.9%以上的杀菌,内部空间空气90%以上消毒。


母婴消毒器、电梯扶手杀菌机、迷你洗衣机内置UV杀菌灯、扫地机器人……借助小巧便携、环保安全、易于设计等优点,深紫外LED消毒产品正不断深入人们的日常生活和工作之中。


2020年,伴随限定汞使用和排放的国际《水俣公约》正式生效,基于氮化镓等第三代半导体材料的深紫外LED芯片或将代替传统汞灯,成为新的环保、高效紫外光源的不二之选。


有关专家指出,采用深紫外LED替代传统汞灯,在消毒杀菌的应用类似于白光LED替代传统光源在照明领域的应用,将会开辟新的蓝海市场。


相关研究机构认为,随着近期UVC LED价格逐渐下降,紫外净化/消毒市场规模将在2022-2023年超过紫外固化市场成为领军者。


参考资料:

[1] SEOUL VIOSYS CO LTD. Compact air cleaner using UV LED and photocatalytic filter[P]. US10517980B2, 2019-12-31;

[2] 深圳市钰创合成光电技术有限公司. 一种具有防护功能的消毒盖[P]. 中国发明专利,CN209734583U, 2019-01-29;

[3] 精元电脑股份有限公司. 具有UV光杀菌装置的键盘[P]. 中国发明专利, CN201920834489.0, 2019-06-04;

[4] 佛山市大一科技有限公司. 一种紫外线LED灯充电宝[P]. 中国发明专利, CN201920545666.3, 2019-04-22



内容编辑:士心

专利检索及技术支持:里奇 Juana


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